(57)【要約】      （修正有）【課題】接合面でシール部材が受ける圧縮力に応じてシール部材が伸縮するための空間を備えた密閉構造を提供する。【解決手段】少なくとも第１の構造体１と、第２の構造体２と、第１、第２の構造体１、２を接合させるための固定部材９と、第１、第２の構造体１、２の接合部に介在させたシール部材７とからなる構造体の密閉構造において、シール部材７にかかる圧力に応じてシール部材７が伸縮するための空間をシール部材７の背後に有したシール部材伸縮構造８とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の構造体と、第２の構造体と、前記第１、第２の構造体を接合させるための固定部材と、前記第１、第２の構造体の接合部に介在させたシール部材とからなる構造体の密閉構造において、シール部材にかかる圧力に応じてシール部材が伸縮できる空間を設けたシール部材伸縮構造を備えることを特徴とする、構造体の密閉構造。
【請求項２】
前記シール部材伸縮構造は、少なくとも前記第１、第２の構造体のいずれかの接合面に形成された凹部空間および前記凹部空間内部に配置された弾性部材とからなり、前記弾性部材の弾性力により、前記空間を前記シール部材が前記凹部側壁に沿って摺動することを特徴とする、請求項１に記載の構造体の密閉構造。
【請求項３】
第１の構造体と、前記第２の構造体は異なる材質であることを特徴とする、請求項１，２に記載の構造体の密閉構造。
【請求項４】
半導体素子を搭載した金属製のベース板である第１の容器構造体と、前記半導体素子を外空間から遮断する樹脂製のケースである第２の容器構造体と、前記ベース板と前記ケースを接合させるための固定部材と、前記ベース板と前記ケースの接合部に介在させたシール部材とからなる構造体の密閉構造において、少なくとも前記ベース板と前記ケースのいずれかの接合面に形成された凹部と、前記凹部の内部に配置された弾性部材とを有し、
前記弾性部材の弾性力により、前記シール部材が前記凹部側壁に沿って摺動することを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の構造体の密閉構造。
【請求項５】
前記シール部材の、少なくとも前記ベース板およびケースと接触する部分は弾性を備えたコーティング材によりコーティングしてなる、請求項１から４の何れかに記載の構造体の密閉構造。
【請求項６】
前記凹部に配置される前記弾性部材はバネ部材であることを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の密閉構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシール部材を介在させた構造体の密閉構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置などのパワーモジュールなどを対象とした制御ユニットのパッケージ構造に関して、外囲ケースとケース蓋との接合部を複数箇所ネジで固定した例が特開２００２−３１４０３８号公報に開示されている。外囲ケースとケース蓋との接合部の密閉性を向上させるために、必要に応じてメタルガスケットが使用される。
また、上述の例とは別の制御ユニットのパッケージ構造に関して、ケース部材とベース部材との接合部において、ケース部材側の接合部に凹部、ベース部材側の接合部に凸部を有した嵌合構造が備えてあり、接合面を嵌合させるとともに接着剤にて接着した例が特開２００２−３１６５９７号公報に開示されている。この制御ユニットのパッケージ構造では、ケース部材は樹脂製、ベース部材は金属製である。接合部での接合方向への押圧力はケース部材に一体的にモールドされた金属製カラーとベース部材に設けられたボルト挿通孔とをボルトで共締めすることで得ている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１４０３８号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００２−３１６５９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
制御ユニットのような半導体装置を内包するケースは、防水性、防塵性の確保の観点から、確実な密閉構造が必要となる。また、このようなケースは、内外からの振動に対しても、密閉性の劣化に対する耐性が必要となる。特に、組み合わせるケースが異なる材質でできている場合、例えば半導体を設置するベース部材が金属製、外囲ケースが成型加工による樹脂製といった場合、組付時の公差を精度よく管理し、密閉性を確保することは、双方が金属製の場合と比べて難しい。逆に最大公差を想定して体積の大きなシール部材を用いると、接合部を過度に圧迫することになり、ケースの接合部を劣化させる恐れがある。そこで、本発明は、接合面でシール部材が受ける圧縮力に応じてシール部材が伸縮するための空間を備えた密閉構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明では、上記課題を解決するため、シール部材が受ける圧縮力に応じてシール部材が伸縮できる空間を設けたことを特徴とする。
本発明の実施の形態における構造体の密閉構造は、少なくとも第１の構造体と、第２の構造体と、前記第１、第２の構造体を接合させるための固定部材と、前記第１、第２の構造体の接合部に介在させたシール部材とからなる構造体の密閉構造であって、シール部材にかかる圧力に応じてシール部材が伸縮するための空間を有したシール部材伸縮構造を備える。
好ましくは、前記シール部材退避構造は、少なくとも前記第１、第２の構造体のいずれかの接合面に形成された凹部空間および前記凹部空間内部に配置された弾性部材とからなり、前記弾性部材の弾性力により、前記空間を前記シール部材が前記凹部側壁に沿って摺動することを特徴とする。
好ましくは、第１の構造体と、前記第２の構造体は異なる材質である。
好ましくは、半導体素子を搭載した金属製のベース板である第１の容器構造体と、前記半導体素子を外空間から遮断する樹脂製のケースである第２の容器構造体と、前記ベース板と前記ケースを接合させるための固定部材と、前記ベース板と前記ケースの接合部に介在させたシール部材とからなる構造体の密閉構造であって、少なくとも前記ベース板と前記ケースのいずれかの接合面に形成された凹部と、前記凹部の内部に配置された弾性部材とを有し、前記弾性部材の弾性力により、前記シール部材が前記凹部側壁に沿って摺動することを特徴とする。
好ましくは、前記シール部材の、少なくとも前記ベース板およびケースと接触する部分は弾性を備えたコーティング材によりコーティングしてなる。
好ましくは、前記凹部に配置される前記弾性部材はバネ部材である。
上記の発明によれば、接合面でシール部材が受ける過剰の圧縮力をシール部材背後の空間で吸収、調整しながらシール部材が伸縮することで、シール面が適切に機能するため、組付け時の公差に関係なく構造体の密閉性を確保できる。
【０００７】
【発明実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態である構造体の密閉構造を説明する。本実施例における構造体の密閉構造は、インバータケースの密閉構造である。
インバータケースの底部に相当する半導体素子３を搭載した金属製のベース板１と、インバータケースの上蓋に相当する半導体素子３を外空間から遮断するための樹脂製のケース２と、インバータを構成する半導体素子３の搭載された回路基板４および半導体素子３から発生する熱を放熱するための放熱板５等からなる回路部６とからなる。
回路部６を搭載した金属製のベース板１と樹脂製のケース２とは、その接合面にシール部材７およびシール部材伸縮構造８を備えて、接合面の外周部の複数箇所をボルト９により固定する。
ベース板１は放熱性や加工性、装置の軽量化を考慮してアルミ製とした。ケース内側に相当する部分には、半導体素子３からの熱を外部に伝えるための放熱板５や回路パターンをなす銅箔が一体的に積層され、その上にＩＧＢＴ等の半導体素子３がはんだで取り付けられている。ＩＧＢＴ素子は、定格電圧／電流が好ましくは数百ボルト９／数百アンペアの容量に対応しており、車両用のパワーモジュールを構成する。
樹脂製のケース２は、使用環境を考慮（強度や熱膨張率等）するとともに、再利用、リサイクルの観点から加水分解性等も考慮し、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、またはＰＢＴ（ポリブチレンテレ  フタレート）を主成分とした材質を使用する。金属製のケースと比較したとき、加工の容易性、コストの面、軽量化など様々な面で大幅な効果が得られる。
図２を参照して、前述のシール部材伸縮構造８を説明する。シール部材伸縮構造８は金属製ベース板１の外周部に沿って設けられた断面矩形状の溝１０と（以下、凹部とする）、凹部１０の側壁に嵌合させる形で挿入された断面略長方形状のシール部材７と、凹部１０底面とシール部材７との間に設けられたバネ部材とからなる。本発明の実施の形態においては螺旋状に巻かれたバネ１１を用いている。シール部材７における断面略長方形状の短辺が樹脂ケースと接し、長辺は凹部１０の側壁に嵌合される。バネ１１の一端部と凹部１０底面およびバネ１１の他部端とシール部材７の短辺とは略並行に接している。シール部材７は全体をゴムコーティング１２されているため、樹脂ケースとの接合部や凹部１０の側壁に圧接されることで水密効果を発揮する。
図３はシール部材伸縮構造８におけるシール部材７長手方向の断面図である。バネ１１は凹部１０の溝に沿って複数並べて設置している。バネ１１の大きさにもよるが、並べる間隔はシール部材７を全周に渡って略均一な弾性力で押せる程度に並べてある。バネ１１と凹部１０底面およびバネ１１とシール部材７の接触部分においては、凹部１０の側壁がバネ１１を凹部１０底面に対して垂直に保持するガイドの役割を果たすため、凹部１０内でのバネ１１の位置ずれを気にする必要もないことから、特に接着剤等で接着していない。これによりシール部材７の伸縮自由度が向上し、取り外し、分解等のメンテナンス性にも優れる。
上述の構成により、金属製のベース部材と樹脂製のケース２をボルト９で固定した際に、ボルト９の軸力により接合面ではシール部材７が圧縮され、水密性を有する密閉構造となるのだが、シール部材７が接合方向に圧縮を受けると、その圧力がシール部材７内部を伝わって凹部１０の側壁方向にも向かうため、シール部材７と側壁との間ではより一層の水密性が得られる。このとき、インバータケースの組付け公差の大小によっては、シール部材７は過剰な圧縮力を受ける可能性が考えられる。しかし、前述のバネ部材の存在によって、シール部材７は過剰な圧縮力をシール部材背後の空間で吸収、調整しながら伸縮するので、シール部材７のシール面は常に最適な圧縮力を受け、インバータケースは密閉構造が保たれる。
本発明における第２の実施の形態を図４、および図５を参照して説明する。図４は、シール部材長手方向に沿った断面図であり、図５は短手方向の断面図である。凹部１０においてバネ１１が設置される位置に、バネ１１の大きさにあわせてさらに深い凹部を複数箇所設けたものである。これによりバネ１１の側面４方が凹部側壁で囲まれるため、バネ１１が垂直にガイドを受けることとなり、バネ１１の弾性力がシール部材により垂直に加わる。したがって、第１の実施例に比べて組立時の組付け性が向上するとともに、接合面でシール部材が受ける過剰の圧縮力をシール部材背後の空間で確実に吸収、調整しながらシール部材が伸縮することで、シール面がより適切に機能する。
本発明における第３の実施の形態を図６、図７を参照して説明する。第３の実施例は第１の実施例で用いた螺旋状のバネの代わりに板バネ１３を用いたものである。図６はシール部材長手方向に沿った断面図であり、図７は短手方向の断面図である。
本発明における第４の実施の形態を図８、図９を参照して説明する。第４の実施例は第１の実施例で用いた螺旋状のバネの代わりに皿バネ１４を用いたものである。図８はシール部材長手方向に沿った断面図であり、図９は短手方向の断面図である。
これら第３、第４の実施例の特徴として、弾性部材に螺旋状に巻かれたバネ１１に限らず、板バネ１３や皿バネ１４を用いた点である。これらはバネの形状から、螺旋状のバネ１１に比べ、凹部１０に設置しやすく、また、凹部の深さも比較的浅く済むため、加工も簡易であるだけでなく、ケース接合部の強度を損なわない。第１の実施例のような４方を凹部側壁で囲む必要もなく安定して設置されるため、より機能的なシール部材伸縮構造８を提供する。
また、本発明における第５の実施の形態として、弾性部材としてはバネ１１、板バネ１３、皿バネ１４のようなものに限らず、弾性力を発生し、かつ、シール材の伸縮できる空間を確保できる部材であってもよい。たとえば、図１０に示すような、前述のシール部材７より短辺部を短くした断面略長方形のゴム部材１５であれば、バネ部材としてのゴム部材１５は凹部１０の側壁との間に空間的余裕があるため、圧縮力を凹部１０の側壁方向に逃がすことが可能となり、螺旋状に巻かれたバネ１１と同様の効果を得る。
また、図１１を参照して、上述の各種弾性部材とシール部材７との間に板状部材１６を介在させてもよい。これにより、弾性部材の弾性力が板状部材で面圧に変換されるため、シール部材を全周に渡って平均的に押すことができるため、より水密性に優れた密閉構造となる。
以上に説明した実施の形態、および、その他の実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではない。また、本発明の範囲は上記の実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における構造体の密閉構造を示す図である。
【図２】シール部材伸縮構造を示す図である。
【図３】シール部材伸縮構造におけるシール部材長手方向の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるシール部材長手方向に沿った断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるシール部材短手方向に沿った断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるシール部材長手方向に沿った断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態におけるシール部材短手方向に沿った断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態におけるシール部材長手方向に沿った断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態におけるシール部材短手方向に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態におけるバネ部材を示す図である。
【図１１】弾性部材とシール部材との間に介在させた板状部材を示す図である。
【符号の説明】
１…金属製のベース板
２…樹脂製のケース
３…半導体素子
４…回路基板
５…放熱板
６…回路部
７…シール部材
８…シール部材伸縮構造
９…ボルト
１０…断面矩形状の溝（凹部）
１１…バネ
１２…ゴムコーティング
１３…板バネ
１４…皿バネ
１５…ゴム部材
１６…板状部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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